摘 要： 在線混藥是安全、可靠、高效使用農藥和消除農藥殘留對環境污染的有效途徑。為此，回顧和整理了國內外關于在線混藥技術研究的成果與相關文獻，總結了在線混藥技術的研究視角、研究方法和最新進展?？傮w而言，國外對在線混藥技術的研究較早，主要體現在農藥直接注入系統的應用和成熟的混藥濃度檢測方法等方面；國內對在線混藥技術的研究雖已取得一些成果，但在生產應用中還具有一定的局限性，存在混藥比過大且不穩定、混藥濃度檢測方法不成熟等諸多問題。根據國內外在線混藥技術的發展情況，指出該技術在我國山地果園管道噴霧中的應用存在空白，為在線混藥技術在山地果園管道噴霧的進一步研究提供理論和技術支持。
關鍵詞： 在線混藥； 農藥； 管道噴霧； 在線檢測。
0 引言。
目前，我國大部分地區植保機械進行噴藥作業時仍使用傳統的混藥方式-預混式混藥。這種混藥方式混藥時需先由操作人員將農藥和水按一定比例倒入藥箱中，再進行攪拌，使農藥和水充分混合，以供噴霧時使用。該混藥方式存在諸多弊端：
①操作人員在配制藥液的過程中可能會接觸農藥，發生農藥中毒；②用于噴霧的柱塞泵和藥液箱直接與農藥接觸，而農藥本身具有腐蝕性，泵和藥箱的材質都必須耐腐蝕，導致生產成本增加；③藥箱中已混好但未用完的農藥造成資源浪費，且藥液處理不好還會污染環境。
預混式混藥方式因其弊端眾多不能滿足農業可持續發展的要求，而在線混藥方式將藥箱和水箱分開，利用噴霧機管道系統內部水流或噴霧機管道外部能源完成農藥和水在線混合，實現農藥的標準化、專業化、精確化施用，且以環保和操縱者安全為核心，符合農業可持續發展的要求。因此，對在線混藥方式進行研究，是安全、可靠、高效使用農藥并消除農藥殘留對環境污染的重要措施，研究并提高在線混藥技術，對農業植保機械及設施的換代升級具有重要意義。
1 國外在線混藥的研究現狀。
早在 1970 年，Amsden 通過研究首次提出了農藥在線混合技術[1],揭開了在線混藥研究的序幕。
1. 1 農藥直接注入系統的研究。
歐美等發達國家植保機械以中、大型噴霧機為主，大多采用外加能源式的農藥直接注入系統完成在線混藥，這種混藥方式是利用噴霧機管道系統外部能源完成農藥的精確計量及藥、水在管道中的混合。
1991 年，壓縮空氣式農藥直接注入系統在 Ghate和 Phatak 的努力下問世，如圖 1 所示。該混藥裝置由水箱、藥箱、兩個變面積流量計和一個壓縮空氣罐組成。噴霧作業時，操作者根據機械設備的行駛速度分別對藥箱和水箱內的空氣壓力進行調節；在箱內壓縮空氣的作用下，水和藥液分別從箱中流出，變面積流量計用來測量水和農藥的流量，直到滿足濃度要求時停止調壓過程，實現農藥和水在線混合[2].
20 世紀 80 年代中期，美國研制出的 Mid - WestTechnology CCI - 2000型變容積泵直接注入系統具有獨立的藥箱和水箱，該系統的蠕動泵將藥箱內的農藥定量抽取進入主水管道與水箱來的水混合；藥液由噴霧泵輸入噴霧主管，控制閥根據機械設備的行駛速度自動調節施藥劑量，止回閥確保藥液不進入水箱中[3].
通過將流量控制技術與農藥直接注入技術相結合，Koo 等研制出跟隨噴霧機前進速度快慢實時調節藥液和水流量的農藥直接注入系統，保持了混藥濃度和單位面積上用藥的恒定[4].
隨著農藥直接注入技術的研究發展，Slaughter 等將農藥直接注入系統應用于側向除草劑噴霧機中，并實現了精確對靶施藥的功能[5].Steward 等對 RavenSCS - 700 農藥直接注入系統進行控制子系統數學模型研究，并對流量與閥門的有關參數進行分析，確定了閥門調節的響應性與穩定性，更好地提高了混藥性能與混藥精確性[6].Gillis等開展基于機器視覺的農藥噴霧機農藥直接注入系統研究，并取得初步研究成果[7].這些研究成果促進了農藥直接注入技術的發展，同時也推動了在線混藥技術的不斷發展。
1. 2 其他在線混藥裝置的研究。
Reichard 和 Ladd 研制試驗用的在線混藥噴霧機，只能通過調節計量泵得到合適的農藥量與水混合，并不能根據隨進的速度變化而做出相應調整[8].
通過對靜態混藥器的研究，以 Albert Renken 為首的團隊找到了由于混合單元擺放位置周期性變化引起混藥器內部流體流動周期性變化的原因，為促進無序混合的發生提供了條件[9].為證明靜態混藥器能夠增強傳輸介質性能的功能，Rui Ruivo 通過測量不同溫度、壓力等參數下的質量傳遞速率對 Kenics 靜態混藥器高壓下內部流體特性的影響，得到質量的傳遞率和無量綱參數的函數關系式[10].Hirschberg等通過改進SMX靜態混藥器，使得流體在混藥器中流動時由于能量損失而引起的壓力下降減少了 50% ,并利用 CFD方法得到改進后混合器的壓力場、停留時間分布以及混合效果等信息[11].這些研究成果為在線混藥裝置的研究提供了有力的理論依據。
Riffat 等通過采用三維不可壓縮模型預測射流混合器的流動性能[12].Hloben 等將射流混藥裝置應用在在線混藥噴霧系統中，并研究結構參數不同的射流混藥器的工作狀態對混藥均勻性的影響[13];Sarvanan等通過流體動力學分析不同噴嘴直徑、噴射位置等參數對射流混藥器工作性能的影響，得出噴嘴直徑大小對射流混藥器流體動力學性能重要影響的結論[14].
這些理研究結論都將為后續改進射流混藥裝置性能提供理論基礎。
1. 3 混藥濃度檢測方面的研究。
混藥濃度是在線混藥裝置關鍵的技術指標之一，吸引了國外眾多專家學者對混藥濃度檢測方面進行研究，以更好了解混藥狀況，提高混藥精確性。
采用微孔流量計，Miller 等測量了一種混藥裝置混藥質量濃度變化情況[15];但這種方法是通過精確配比得到混藥質量濃度，并沒有給出混藥濃度的測量值。
Zhu等首先在霧場中等間隔放置取樣容器以用來收集霧滴，再通過計量泵控制與水混合的藥液量，最后根據化學計量法得到取樣容器中精確的藥液量[16];但該方法只能檢測混藥后溶液的質量濃度，并不能實現在線檢測的功能。
最先將體積平均信號處理方法應用在在線混藥濃度檢測中的Hloben 研制出了檢測在線混藥過程中平均濃度變化的光纖光度傳感器，并由Vondricka對他研制的光纖光度傳感器結構進行改進，使傳感器嵌入混藥器結構中，實現了在線檢測混藥濃度的功能[17].通過調整光源到光學測量裝置的距離，Fetisov 等設計了一種光路可變式混藥濃度檢測裝置，實現了混藥濃度的檢測[18].Koller 等使用紅外光譜法對農藥顆粒流的混合過程進行檢測，但只給出體積濃度，并不能準確表征混藥濃度[19].通過這些方式可讓操作者清楚了解混藥濃度是否達到要求，以便做進一步的調整。
關鍵詞： 在線混藥； 農藥； 管道噴霧； 在線檢測。
0 引言。
目前，我國大部分地區植保機械進行噴藥作業時仍使用傳統的混藥方式-預混式混藥。這種混藥方式混藥時需先由操作人員將農藥和水按一定比例倒入藥箱中，再進行攪拌，使農藥和水充分混合，以供噴霧時使用。該混藥方式存在諸多弊端：
①操作人員在配制藥液的過程中可能會接觸農藥，發生農藥中毒；②用于噴霧的柱塞泵和藥液箱直接與農藥接觸，而農藥本身具有腐蝕性，泵和藥箱的材質都必須耐腐蝕，導致生產成本增加；③藥箱中已混好但未用完的農藥造成資源浪費，且藥液處理不好還會污染環境。
預混式混藥方式因其弊端眾多不能滿足農業可持續發展的要求，而在線混藥方式將藥箱和水箱分開，利用噴霧機管道系統內部水流或噴霧機管道外部能源完成農藥和水在線混合，實現農藥的標準化、專業化、精確化施用，且以環保和操縱者安全為核心，符合農業可持續發展的要求。因此，對在線混藥方式進行研究，是安全、可靠、高效使用農藥并消除農藥殘留對環境污染的重要措施，研究并提高在線混藥技術，對農業植保機械及設施的換代升級具有重要意義。
1 國外在線混藥的研究現狀。
早在 1970 年，Amsden 通過研究首次提出了農藥在線混合技術[1],揭開了在線混藥研究的序幕。
1. 1 農藥直接注入系統的研究。
歐美等發達國家植保機械以中、大型噴霧機為主，大多采用外加能源式的農藥直接注入系統完成在線混藥，這種混藥方式是利用噴霧機管道系統外部能源完成農藥的精確計量及藥、水在管道中的混合。
1991 年，壓縮空氣式農藥直接注入系統在 Ghate和 Phatak 的努力下問世，如圖 1 所示。該混藥裝置由水箱、藥箱、兩個變面積流量計和一個壓縮空氣罐組成。噴霧作業時，操作者根據機械設備的行駛速度分別對藥箱和水箱內的空氣壓力進行調節；在箱內壓縮空氣的作用下，水和藥液分別從箱中流出，變面積流量計用來測量水和農藥的流量，直到滿足濃度要求時停止調壓過程，實現農藥和水在線混合[2].
20 世紀 80 年代中期，美國研制出的 Mid - WestTechnology CCI - 2000型變容積泵直接注入系統具有獨立的藥箱和水箱，該系統的蠕動泵將藥箱內的農藥定量抽取進入主水管道與水箱來的水混合；藥液由噴霧泵輸入噴霧主管，控制閥根據機械設備的行駛速度自動調節施藥劑量，止回閥確保藥液不進入水箱中[3].
通過將流量控制技術與農藥直接注入技術相結合，Koo 等研制出跟隨噴霧機前進速度快慢實時調節藥液和水流量的農藥直接注入系統，保持了混藥濃度和單位面積上用藥的恒定[4].
隨著農藥直接注入技術的研究發展，Slaughter 等將農藥直接注入系統應用于側向除草劑噴霧機中，并實現了精確對靶施藥的功能[5].Steward 等對 RavenSCS - 700 農藥直接注入系統進行控制子系統數學模型研究，并對流量與閥門的有關參數進行分析，確定了閥門調節的響應性與穩定性，更好地提高了混藥性能與混藥精確性[6].Gillis等開展基于機器視覺的農藥噴霧機農藥直接注入系統研究，并取得初步研究成果[7].這些研究成果促進了農藥直接注入技術的發展，同時也推動了在線混藥技術的不斷發展。
1. 2 其他在線混藥裝置的研究。
Reichard 和 Ladd 研制試驗用的在線混藥噴霧機，只能通過調節計量泵得到合適的農藥量與水混合，并不能根據隨進的速度變化而做出相應調整[8].
通過對靜態混藥器的研究，以 Albert Renken 為首的團隊找到了由于混合單元擺放位置周期性變化引起混藥器內部流體流動周期性變化的原因，為促進無序混合的發生提供了條件[9].為證明靜態混藥器能夠增強傳輸介質性能的功能，Rui Ruivo 通過測量不同溫度、壓力等參數下的質量傳遞速率對 Kenics 靜態混藥器高壓下內部流體特性的影響，得到質量的傳遞率和無量綱參數的函數關系式[10].Hirschberg等通過改進SMX靜態混藥器，使得流體在混藥器中流動時由于能量損失而引起的壓力下降減少了 50% ,并利用 CFD方法得到改進后混合器的壓力場、停留時間分布以及混合效果等信息[11].這些研究成果為在線混藥裝置的研究提供了有力的理論依據。
Riffat 等通過采用三維不可壓縮模型預測射流混合器的流動性能[12].Hloben 等將射流混藥裝置應用在在線混藥噴霧系統中，并研究結構參數不同的射流混藥器的工作狀態對混藥均勻性的影響[13];Sarvanan等通過流體動力學分析不同噴嘴直徑、噴射位置等參數對射流混藥器工作性能的影響，得出噴嘴直徑大小對射流混藥器流體動力學性能重要影響的結論[14].
這些理研究結論都將為后續改進射流混藥裝置性能提供理論基礎。
1. 3 混藥濃度檢測方面的研究。
混藥濃度是在線混藥裝置關鍵的技術指標之一，吸引了國外眾多專家學者對混藥濃度檢測方面進行研究，以更好了解混藥狀況，提高混藥精確性。
采用微孔流量計，Miller 等測量了一種混藥裝置混藥質量濃度變化情況[15];但這種方法是通過精確配比得到混藥質量濃度，并沒有給出混藥濃度的測量值。
Zhu等首先在霧場中等間隔放置取樣容器以用來收集霧滴，再通過計量泵控制與水混合的藥液量，最后根據化學計量法得到取樣容器中精確的藥液量[16];但該方法只能檢測混藥后溶液的質量濃度，并不能實現在線檢測的功能。
最先將體積平均信號處理方法應用在在線混藥濃度檢測中的Hloben 研制出了檢測在線混藥過程中平均濃度變化的光纖光度傳感器，并由Vondricka對他研制的光纖光度傳感器結構進行改進，使傳感器嵌入混藥器結構中，實現了在線檢測混藥濃度的功能[17].通過調整光源到光學測量裝置的距離，Fetisov 等設計了一種光路可變式混藥濃度檢測裝置，實現了混藥濃度的檢測[18].Koller 等使用紅外光譜法對農藥顆粒流的混合過程進行檢測，但只給出體積濃度，并不能準確表征混藥濃度[19].通過這些方式可讓操作者清楚了解混藥濃度是否達到要求，以便做進一步的調整。
